(57)【要約】  本発明は、化学気相成長によって炭素層、特にダイヤモンド層を基板（２、２ａ）に適用するための装置（１）および方法に関し、プロセスガス、特に分子状水素および／または分子状水素とメタンのような炭素含有ガスとの混合物が供給され得る堆積チャンバ（３）を備え、プロセスガスのためのフローチャネル（７ｂ）、フローチャネル（７ｂ）を囲む壁（７ａ）、および、フローチャネル（７ｂ）から堆積チャンバ（３）中へ供給する出口開口（１６）を有する中空体の形態でガス入口およびガス活性化要素（７）が提供され、ガス入口およびガス活性化要素（７）の壁（７ａ）を加熱するための加熱装置（８）が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学気相成長によって炭素層、特にダイヤモンド層を基板に適用するための装置であって、
プロセスガス、特に分子状水素および／または分子状水素と炭素含有ガス、例えばメタンとの混合物が供給され得る堆積チャンバを備え、
前記プロセスガスのためのフローチャネル、前記フローチャネルを囲む壁、および前記フローチャネルから前記堆積チャンバ中へ供給する出口開口を有する中空体の形態でガス入口およびガス活性化要素が提供され、
前記ガス入口およびガス活性化要素の前記壁を加熱するための加熱装置が提供され、
前記フローチャネルを閉じるべく、前記ガス入口およびガス活性化要素の両端部に末端部材が取り付けられ、
追加的炭素含有プロセスガス、好ましくはメタンを前記堆積チャンバ中へ導入するための追加的ガス入口要素が提供され、
前記追加的ガス入口要素は、前記追加的ガス入口要素によって導入される前記追加的炭素含有プロセスガスが前記ガス入口およびガス活性化要素上を流れるように配置される、装置。
【請求項２】
前記加熱装置は、前記ガス入口およびガス活性化要素の前記壁を２０００℃より高い温度、特に、２２００℃より高い温度、好ましくは、２４００℃より高い温度まで加熱するように設計される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記加熱装置は、前記ガス入口およびガス活性化要素の前記壁に接続され、前記ガス入口およびガス活性化要素の抵抗加熱のための電力供給を有する、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ガス入口およびガス活性化要素は、前記堆積チャンバ中で実質的に水平に配置される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記出口開口は、前記ガス入口およびガス活性化要素の下側に配置され、前記下側は、前記基板の方を向く、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記ガス入口およびガス活性化要素は、複数の出口開口を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記ガス入口およびガス活性化要素は、断面が実質的に円形または矩形である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記加熱装置によって加熱され得る複数のガス入口およびガス活性化要素が提供される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記ガス入口およびガス活性化要素の前記壁は、金属、特にタンタル、モリブデン、タングステン、レニウム、またはセラミック材料、またはグラファイト、または熱分解炭素、またはこれらの複合材料から、もしくは、好ましくは、特にパイロ炭素から形成されるコーティングを有する繊維強化炭素から成る、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
化学気相成長によって炭素層、特にダイヤモンド層を基板に適用するための方法であって、
プロセスガス、好ましくは水素が、ガス入口およびガス活性化要素を介して堆積チャンバ中に導入され、
前記ガス入口およびガス活性化要素のフローチャネルを流れる前記プロセスガスが衝撃励起および熱励起によって励起されるように、前記ガス入口およびガス活性化要素の壁が加熱され、
前記フローチャネルを閉じるべく、前記ガス入口およびガス活性化要素の両端部に末端部材が取り付けられ、
追加的炭素含有プロセスガス、好ましくはメタンが、追加的ガス入口要素を介して前記堆積チャンバ中へ導入され、
前記追加的炭素含有プロセスガスは、前記ガス入口およびガス活性化要素上を流れることにより熱的に励起される、方法。
【請求項１１】
前記ガス入口およびガス活性化要素の前記壁は、２０００℃より高い温度、特に２２００℃より高い温度まで加熱される、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに係る装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、請求項１３のプリアンブルに係る方法に関する。
【０００３】
文献・独国特許第６８９  ０９  ４９１  Ｔ２号明細書は、化学気相成長によってダイヤモンド層を適用するための装置を開示する。この装置は、反対側に位置する両端部がプレートによって閉じられた円筒状の反応チャンバを有する。四つのモリブデンロッドが、上部プレートを通って反応チャンバの内側へと延び、そこでは自由端が下部プレートから少し離れて配置される。開いた石英チューブが２つのロッドの周りに位置され、円筒における軸方向に配置される。上部プレートのガス入口開口が、このチューブへ接続される。これに対し、追加的ガス入口開口が、チューブによって占められていない円筒の体積へ接続される。加熱コイル（フィラメント）の形態の電気抵抗ヒータが、これらのモリブデンロッドのうちのそれぞれ２つの間に配置され、様々なプロセスガスを、熱励起によってダイヤモンドの堆積に必要な温度まで持っていく。これらのロッドは、別個の制御装置を介して電源へ接続される。駆動シャフトがベースプレートを通って突出し、ターンテーブルへと接続される。コーティングされるべき基板がターンテーブル上に配置される。従って、ターンテーブルを回転させることにより、２つのガス入口開口のうちの一方の下方に交互に基板が配置され、それにより、一方では炭素含有ガスと接触させられ、これによりダイヤモンド層が堆積される。他方では、炭素を含有しないガスと接触させられ、これにより非ダイヤモンド状の炭素堆積物が除去される。マイクロ波でサポートされた方法に加えて、この「ホットフィラメント」法が確立されてきた。
【０００４】
文献・特開平０５−０００８９０号公報は、水素を加熱すべく、チャンバに取り付けられた加熱可能なキャピラリーを使用したＣＶＤ（化学気相成長）プラントを記載している。これらのキャピラリーは、加熱の間に圧力が増大し得ないように、一端が開放されている。従って、衝撃励起は起きない。
【０００５】
文献・米国特許第５４７９８７４Ａ号明細書もまた、加熱ワイヤによってこのようなプロセスガスを最終的な動作温度まで持っていく前に、プレヒータによってプロセスガスをプレヒートするＣＶＤプラントを開示している。この従来技術においてもまた、衝撃励起は起きない。
【０００６】
ダイヤモンドを堆積するためのホットフィラメント法として公知であるものの欠点は、加熱コイルによるプロセスガスの熱励起の励起率がかなり低いことであり、個々のガス種の励起に対して局所的で制御された影響を及ぼすことが可能ではない。さらに、基板上でのダイヤモンドの堆積は、しばしば、フィラメントから数ミリメートルから数センチメートルの距離においてのみ保証され得る。低い活性成長種に起因して、成長速度が比較的小さい。全体として、公知の方法は、時間がかかる上にコストもかかるのみでなく、また、困難無しでは制御され得ない。
【発明の概要】
【０００７】
従って、本発明の目的は、従来技術の少なくとも個々の欠点を克服、または少なくとも低減することである。従って、本発明は、特に、プロセスガス、特に水素の励起率を改善し、基板上での炭素層の均質な堆積が可能とされ、好ましくは、特に、大きなコーティング領域および複雑な形の基板に対してコーティングプロセスの改善された制御が可能とされる装置および方法をもたらすことを目的とする。
【０００８】
この目的は、請求項１の特徴を有する装置、請求項１１に係るガス入口およびガス活性化要素の使用によって、および、請求項１２の特徴を有する方法によって実現される。好ましい実施形態が従属請求項に記載される。
【０００９】
本発明によると、プロセスガスのためのフローチャネル、フローチャネルを囲む壁、およびフローチャネルから堆積チャンバ中へ供給する（通じる）出口開口を有する中空体の形態で、ガス入口およびガス活性化要素が提供される。また、ガス入口およびガス活性化要素の壁を加熱するための加熱装置が提供される。加熱装置は、ガス入口およびガス活性化要素のフローチャネル中を流れるプロセスガスを、衝撃励起および熱励起によって励起するように設計される。
【００１０】
好ましい適用例においては、例えば、硬質金属ツール、シリコンウェハ、チタンインプラント、宝石用原石、センサ／ＣＭＯＳコンポーネントなどの基板上にダイヤモンド層が堆積される。この実施形態において、堆積は、特にメタン、しかしまたエチレン、アセチレンなどの炭素含有ガスを励起することによって実行される。炭素原子は、この励起の結果として励起され、それにより、化学ラジカル（例えば、メチルラジカル）を形成し、これが次に、特別に準備された基板上にダイヤモンドの成長（ｓｐ３−混成炭素）をもたらすことができる。ダイヤモンドに加え、その他の炭素修飾物、例えば、グラファイト（ｓｐ２−混成炭素）またはポリマ（ｓｐ−混成炭素）もまた形成され得る。望ましくない炭素修飾物を防ぐまたは除去すべく、望ましくない種のエッチングのために、原子状水素が必要である。これを実現すべく、この実施形態においては、流出する励起された原子状水素が、グラファイト、ポリマなどのような望ましくない炭素修飾物をエッチング除去するように、従って、純粋なダイヤモンド構造の形成を促進するように、ガス入口およびガス活性化要素によって分子状水素ガスが解離される。さらに、原子状水素は、再結合によってコーティングされるべき部分を加熱し、従って、主要なエネルギーキャリアである。さらに、炭素含有ガスとの原子状水素の衝突によって、さらなる化学プロセスおよび触媒プロセスが起こる。それにより、励起の効果が増大する。従って、水素の最大励起率が特に重要である。ダイヤモンド堆積は、特定の実施形態においてはｍｂａｒ領域の、好ましくは負圧が用いられている堆積チャンバ中で実行される。プロセスガスは、好ましくはメタンおよび水素である。水素および炭素含有プロセスガスは、好ましくは、堆積チャンバ中へと個別に導入される。そのようにするに当たり、基板上へのダイヤモンド層のその後の堆積を実現すべく、プロセスガスは活性化される。代替的に、プロセスガスは、ガス入口およびガス活性化要素を介して、特に、メタンと水素の混合物の形態で、堆積チャンバ中へと一緒に導入され得る。基板の表面でのダイヤモンド層の形成を促進すべく、この反応は、好ましくは減圧下で実行される。従来技術のホットフィラメント法においてこれらのプロセスガスは、専ら、加熱されたワイヤを介した熱励起によって励起される。これは、その結果として、例えば、ほんの２０％に過ぎない原子状水素の励起率しか実現され得ない点で不利である。これは、ホットフィラメント法における励起が、熱的、且つ、加熱ワイヤのすぐ近くでのみ実行されるという事実に特に関連する。本発明に係る装置においては、対照的に、ガス入口およびガス活性化要素の壁が、好ましくはその全長にわたって加熱される。この目的のために、ガス入口およびガス活性化要素の壁は加熱装置へ接続される。これにより、ガス入口およびガス活性化要素の壁が直接熱せられる。従って、有利なことに、プロセスガスは熱的にのみでなく、熱励起と衝撃励起との組み合わせによっても励起され得る。従って、８０％より大きな原子状水素の励起率が実現され得る。これは、高純度を有するダイヤモンド層の成長の加速、および、高い成長速度を伴う、よりエネルギー効率の良い堆積を可能にする。さらに、従来技術と比較して、ダイヤモンド層のより高い成長速度が、この方法によって実現される。
【００１１】
特に好ましい実施形態によると、ガス入口およびガス活性化要素の（長手方向側の）両端部における末端部材が、フローチャネルを閉じるべく取り付けられる。末端部材は、ガス入口およびガス活性化要素の加熱可能な壁を有する１または複数の部分に形成されてよい。ガス入口およびガス活性化要素は、好ましくは、プロセスガス、特に水素がここを通ってガス入口およびガス活性化要素のフローチャネル中へと誘導される入口開口から離れたところで、且つ、出口開口から離れたところで閉じられるように形成される。末端部材の結果、ガス入口およびガス活性化要素内の分圧に上昇が生じ得て、これにより、有利なことに、熱励起に加えて衝撃励起もまた提供される。さらに、活性化された粒子の平均自由行程長は、数センチメートルまで増加し得る。これにより、基板からの距離が増大し得て、ひいては、より均一な炭素層を生じる。
【００１２】
好ましくは、ガス入口およびガス活性化要素は、円形の断面をした、０．１ｍｍから１５ｍｍの内径を有する。従って、圧力は大幅に低減され、壁との衝突励起が増大する。
【００１３】
本開示の目的のために、「上部」、「底部」などのような位置および方向の特定は、基板にダイヤモンド層が堆積される場合の装置の意図された動作状態に関するものである。
【００１４】
好ましい実施形態において、加熱装置は、ガス入口要素の壁を２０００℃より高い温度、特に、２２００℃より高い温度、好ましくは２４００℃より高い温度まで加熱するように設計される。従って、プロセスガス、特に水素ガスが堆積プロセスのために活性化されるように、プロセスガスは必要な励起温度まで上げられる。
【００１５】
グラファイトおよびその他の望ましくない炭素修飾物の効率の良いエッチングのため、ガス入口およびガス活性化要素の助けにより達成され得る多量の原子状水素が、好ましい適用例において有利となる。さらに、比較的大量の原子状水素により（具体的には二次核生成の増大により）、微結晶サイズが小さく維持されることができ、ナノメートル領域の高グレードで純粋なダイヤモンド結晶が堆積され得る。
【００１６】
好ましい実施形態において、加熱装置は、ガス入口およびガス活性化要素の壁に接続された、ガス入口およびガス活性化要素の抵抗加熱のための電力供給を有する。この実施形態において、加熱プロセスは、迅速且つ正確に制御され得る。さらに、この変形例は単純な設計であり、且つ安価である。従来技術において長い間公知であったように、抵抗加熱は電力供給または電源を有し、これによって電流がガス入口およびガス活性化要素の壁を通って誘導される。ここで、電流の電気エネルギーは熱エネルギーへと変換される。この種の抵抗加熱は、堆積チャンバの外側に配置され得る。抵抗加熱は、また、ケーブル接続および任意に真空フィードスルーによって、堆積チャンバから少し離れて配置され得る。
【００１７】
特に好ましい実施形態において、ガス入口およびガス活性化要素は、堆積チャンバ中にて実質的に水平に配置される。この配置の結果、ガス入口およびガス活性化要素と、コーティングされるべき基板との間の均一な距離が保証され得る。従って、有利なことに、基板の全面にわたって均一な厚さを有するダイヤモンド層の堆積が好ましい。このように、高品質の層を得ることができる。
【００１８】
特に、ダイヤモンド層が基板表面に沿って可能な限り最も均一な層の厚さで均質なことをさらに促進すべく、且つ、それにより、ダイヤモンド層の品質をさらに向上させるべく、少なくとも１つの出口開口が、好ましくは、ガス入口およびガス活性化要素の下側に配置される。この出口開口を通って、プロセスガスが、ガス入口およびガス活性化要素から基板の方向に出る。ガス入口およびガス活性化要素の下側は、基板の方を向いている。この実施形態において、活性化されたプロセスガス、特に、原子状水素は、ガス入口およびガス活性化要素から出た後に、基板の方向に直接流れる。
【００１９】
好ましい実施形態によると、正確に１つの出口開口の面積と、ガス入口およびガス活性化要素の断面積との間の比は、１：５から１：２０、特に１：１０である。
【００２０】
衝撃励起は、ガス入口およびガス活性化要素の小さな断面、および、これに関連したガス入口およびガス活性化要素における分圧の増大によってさらに強められる。これにより、プロセスガス、特に水素の励起率が増大し、ひいては、ダイヤモンド層の品質が上がる。
【００２１】
特に好ましい実施形態によると、ガス入口およびガス活性化要素は、複数の出口開口を有する。それにより、励起されたプロセスガス（原子状水素）は、基板の方向に均一な空間分布で流れる。これにより、基板表面での所望のｓｐ３−混成炭素の均一な堆積が達成され得る。それにより、均質且つ純粋なダイヤモンド層の形成が促進される。これらの出口開口は、コーティングのためのより大きな体積範囲をカバーすべく、互いに対してある角度で交互に配置され得る。さらに、プロセスガスは、複数の小面積出口開口が存在する場合、ガス入口およびガス活性化要素と基板との間で、より一層均質に分布され得る。出口開口の最適な形状および配置は、フロー計算によって決定され得る。それにより、ダイヤモンド層のより一層均一な厚さ、および、高くて制御された均質性が実現され得る。
【００２２】
さらなる好ましい実施形態によると、ガス入口およびガス活性化要素は、断面が実質的に円形または矩形である。これは、プロセスガスの衝撃励起のさらなる増大をもたらす。
【００２３】
異なるサイズおよび形状の基板をコーティングすることができるようにすべく、好ましくは複数のガス入口およびガス活性化要素が提供され、これらは、加熱装置によって加熱され得る。基板上でのダイヤモンド層の均一な堆積が保証されるように、複数のガス入口およびガス活性化要素は堆積チャンバ中に配置され得る。例えば、複数のガス入口およびガス活性化要素が、基板から同じ鉛直方向距離において、互いに平行に配置され得る。これは、特に、大きな水平方向面積を有する基板、例えば、複数のシリコンウェハがコーティングされるべき場合に有利である。有利なことに、例えば、シリコンウェハの全領域にわたる均質なコーティングが可能とされる。ガス入口およびガス活性化要素の向きは、好ましくは、基板の形状に対して適応され得る。様々なガス入口およびガス活性化要素が、別個なガス供給にもまた接続され得る。これにより、個々のガス入口およびガス活性化要素のそれぞれを介して、異なるプロセスガスが堆積チャンバ中へと導かれ得る。加熱装置は、ガス入口およびガス活性化要素が互いに個別に、または、１または複数のグループとしてもまた一緒に加熱され得るように、具現化され得る。ガス入口およびガス活性化要素の形状および配置は任意であることができ、好ましくは、コーティングされるべきコンポーネントの形の方に向けられる。
【００２４】
さらなる好ましい実施形態によると、追加的プロセスガス、特に炭素含有ガス、好ましくはメタンを堆積チャンバ中へ導入するための追加的ガス入口要素が提供される。従って、これらのプロセスガス、特に炭素含有ガスおよび水素は、互いに空間的に離れて、且つ、異なる時間に堆積チャンバ中へ導入され得る。とりわけ、温度、堆積チャンバ中への導入のレート、および、様々なプロセスガスの時系列、またはこれらの濃度が、炭素含有プロセスガスおよび水素ガスのそれぞれに対して、個々に、且つ局所的に調節され得る。従って、これらのパラメータは、異なる要件を有する複数のコーティングプロセスに対して最適化され得る。これらの要件は、例えば、ダイヤモンド層の厚さ、これらの純度、コーティングプロセスの継続時間、基板の形状および材料、粒径などであってよい。
【００２５】
さらなる好ましい実施形態によると、ガス入口およびガス活性化要素の壁は、金属、特にタンタル、モリブデン、タングステン、レニウム、またはセラミック材料、またはグラファイト、または熱分解炭素、またはこれらの複合材料から、もしくは、好ましくは、特に、パイロ炭素から形成されたコーティングによる繊維強化炭素から成る。もちろん、本発明は、前述の材料に限定されるべきではない。これらの材料は、励起するために必要な、特に２０００℃より高い高温に耐えることができるようにするために必要な高融点によって特徴付けられる。そのようなプロセス的に安定で、寸法的に安定且つ耐熱性の材料の使用に起因して、ガス入口およびガス活性化要素は、プロセスガスの励起、および、基板への出口開口を介しての、励起されたプロセスガスの分布を確実に保証することができる。
【００２６】
高純度を有するダイヤモンド層の均質な堆積のためには、堆積プロセスの前および堆積プロセスの間に堆積チャンバを排気することが好都合である。この目的のため、好ましくは、真空ポンプが装置の外に配置され、堆積プロセスに必要な堆積チャンバ中の負圧を生成する。
【００２７】
コーティングされるべき基板は、堆積チャンバの内側において、好ましくはガス入口およびガス活性化要素の下方に配置された基板ホルダ上に配置され得る。
【００２８】
さらなる実施形態において、ガス入口およびガス活性化要素は、コーティングされるべき中空の基板の内側に配置されてよい。
【００２９】
基板ホルダは、基板の要件に応じて、冷却装置へ接続されてよい。これは、ダイヤモンド堆積のための基板材料が、例えば５００℃を下回る温度を必要とする場合に好都合である。
【００３０】
関連する方法において、ガス入口およびガス活性化要素の壁は、ガス入口およびガス活性化要素のフローチャネルを流れるプロセスガスが衝撃励起および熱励起によって励起されるように加熱される。この目的のため、ガス入口およびガス活性化要素の壁は、２０００℃より高い温度、特に２２００℃より高い温度まで加熱され得る。
【００３１】
この方法において、窒素、酸素などのような追加的プロセスガスが、ダイヤモンドの成長を加速するために使用され得る。さらに、半導体を実現すべく、このダイヤモンド層は、ホウ素、リン、窒素、または硫黄などのような元素によってドープされ得る。これらの添加剤は、気体、固体、または液体状態で堆積チャンバ中に導入され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明は、以降、好ましい例示的な実施形態を参照して、より詳細に説明されるであろうが、本発明はこれに限定されるものではない。図面においては次の通り。
【図１】本発明に係る、化学気相成長によって基板に対してダイヤモンド層を適用するための装置の部分断面図を示す。プロセスガスは、加熱可能なガス入口およびガス活性化要素を介して堆積チャンバ中へ供給される。
【図２】図１に係る装置のガス入口およびガス活性化要素の実施形態を示す。
【図３】図１に係る装置のガス入口およびガス活性化要素のさらなる実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、基板２、２ａに対してダイヤモンド層を適用するための装置１を示す。代替的に、異なる炭素層、例えばグラフェンが、装置１によって基板２、２ａに対して適用され得る。示される実施形態において、炭素層は、一方では基板２の外側に堆積され、他方では基板２ａ内に堆積される。装置１は、基板２、２ａを受け取るための堆積チャンバ３を有する。ガスおよび電力供給要素４もまた提供される。ガスおよび電力供給要素４は、特にステンレス鋼によって作成され、プロセスガス、ここでは分子状水素を供給するための内側要素５ａ、および、電気的に導電性の材料、例えば銅によって作成され、電流を供給するための外側要素５ｂを有する。ガス供給開口５が内側要素５ａの上側に形成され、プロセスガスは、このガス供給開口を介して、堆積チャンバ３の内側へ誘導される。
【００３４】
図１からまた見られ得るように、ガスおよび電力供給要素４は、堆積チャンバ３内にて、クランプおよびねじ接続６を介して、ガス入口およびガス活性化要素７へ接続される。ガス入口およびガス活性化要素７は、ガスおよび電力供給要素４の内側要素５ａを介してプロセスガスがガス入口およびガス活性化要素７中へ導かれ得るように、示される組立体において水平に配置される。さらに、（単に非常に模式的に）示される加熱装置８が提供され、これによって、ガス入口およびガス活性化要素７の壁７ａが、動作の間に加熱される。示される実施形態において、加熱装置８は、例えば整流器を有する、（単に記号で例示されている）電力供給８ａを有する。この電力供給８ａによって、ガスおよび電力供給要素４の外側要素５ｂを介して、電流がガス入口およびガス活性化要素７へと誘導され得る。ガス入口およびガス活性化要素７の材料の抵抗のために、この電流は熱へと変換される。これにより、ガス入口およびガス活性化要素７が加熱される。ガス入口およびガス活性化要素７の壁７ａは、好ましくは、２０００℃より高い温度まで加熱される。従って、熱励起に加え、プロセスガスの衝撃励起もまた実現され得る。この目的のために、ガス入口およびガス活性化要素７の壁７ａは、好ましくは、タンタル、モリブデン、タングステン、レニウムのような高融点を有する金属、セラミック材料、グラファイト、熱分解炭素、またはそれらから、もしくは、好ましくは繊維強化炭素から形成される複合材料から選択される材料によって作成されるが、これに限定はされない。例えばセラミック材料から作成される電気絶縁９もまた、ガスおよび電力供給要素４の外側要素５ｂと堆積チャンバ３のハウジングとの間に提供される。
【００３５】
図１からまた見られ得るように、示される実施形態においては鉛直方向であり、これを通して追加的プロセスガス、特に炭素含有プロセスガス、好ましくはメタンが堆積チャンバ３中へと導入され得る追加的ガス入口要素１０が、堆積チャンバ３の上側に配置される。炭素含有プロセスガスは、必要な炭素ラジカル（例えば、メチルラジカル）が生成されるように、ガス入口およびガス活性化要素７上を流れることによって熱的に励起される。代替的に、炭素含有プロセスガスは、加熱されたガス入口およびガス活性化要素７を通して、画定された混合比で水素と一緒に供給されることもまたでき、それにより活性化され得る。追加的プロセスガス、例えば窒素、酸素、アルゴンなどもまた、追加的ガス入口要素（示されていない）を介して供給され得る。このプロセスにおいては、従来技術と同様に、ホウ素、リン、窒素、硫黄などのような元素によるダイヤモンド層のドーピングもまた可能である。
【００３６】
図１からまた見られ得るように、堆積チャンバ３内において、ガス入口およびガス活性化要素７の下に基板ホルダ１３が配置され、基板２、２ａはこの基板ホルダ１３上に配置される。基板ホルダ１３は、（単に模式的に示される）冷却要素１４によって冷却され得る。
【００３７】
図２は、円形の断面領域を有するガス入口およびガス活性化要素７の実施形態を示す。ガス入口およびガス活性化要素７は、その反対側の両端部領域のそれぞれにおいて、少なくとも１つの入口開口１５を有する。この入口開口１５を通して、プロセスガス、特に水素が、ガス入口およびガス活性化要素のフローチャネル７ｂ中へ誘導される。さらに、ガス入口およびガス活性化要素７は、ガス入口およびガス活性化要素７の長手方向において、互いに離れて配置された複数の出口開口１６を有する。これらの出口開口１６を通じて、活性化された原子状水素が、基板２または２ａの方向に供給される。基板２および２ａの方向におけるプロセスガスの流れの方向が、矢印１７によって図２中に例示されている。さらに、ガス入口およびガス活性化要素７の両端においてフローチャネル７ｂを閉じるための末端部材１８が図２中に模式的に示されている。
【００３８】
堆積チャンバ中の圧力に対するガス入口およびガス活性化要素内での分圧の比は十分に高く、熱的活性化に加えて衝撃励起を実現する。従って、遥かに高い、９０％までの励起率が実現される。さらに、活性化された粒子の平均自由行程長は、数センチメートルまで増加する。これにより、基板からの距離が増大することができ、ひいては、より均一なダイヤモンド層を生じる。
【００３９】
図３は、矩形の断面領域を有するガス入口およびガス活性化要素７の代替的な実施形態を示す。入口開口１５が今度はガス入口およびガス活性化要素７の上側に提供される。これらの入口開口１５を通じて、プロセスガス、特に水素（または、複数のプロセスガスもまた）、ガスおよび電力供給要素４からガス入口およびガス活性化要素７中へ導かれる。出口開口１６が、ガス入口およびガス活性化要素７の下側に配置される。これらの出口開口１６を介して、基板２および２ａの方向にプロセスガスが誘導される。
【図１】
2019529712.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2019529712.tif 000009
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